JPH0128415B2 - - Google Patents

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JPH0128415B2
JPH0128415B2 JP63145988A JP14598888A JPH0128415B2 JP H0128415 B2 JPH0128415 B2 JP H0128415B2 JP 63145988 A JP63145988 A JP 63145988A JP 14598888 A JP14598888 A JP 14598888A JP H0128415 B2 JPH0128415 B2 JP H0128415B2
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register
control
microinstruction
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memory
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Buruusu Batsutsu Junia Eichi
Enu Katsutoraa Deibitsuto
Chaaruzu Shunooa Piitaa
Teii Shooto Robaato
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Digital Equipment Corp
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Abstract

A central processing unit for a digital computer. In one embodiment, the central processing unit comprises a plurality of pointer registers that may be used during instruction execution to directly address other registers. In a second embodiment, the central processing unit comprises a size register that is loaded during the decode of an operation code with a size code indicating the data path width for that operation code. During instruction execution, the size code may be used at various times to determine data path width.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、デイジタル・コンピユータ用の中央
処理装置に関する。 [従来の技術] 近年、仮想メモリ管理システム、32ビツト・デ
ータ・パス、データ・キヤツシユ、種々のデー
タ・タイプ及びアドレツシング・モードの使用能
力、可変長命令フオーマツト並びにその他の進歩
した特徴を備えた、多数のデイジタル・コンピユ
ータが開発されている。しかしながら、今日ま
で、そのような特徴を具備させた結果は、高価格
で物理的サイズの大きいコンピユータである。例
えば、上記した属性を具備するコンピユータの中
央処理装置は500立方インチもの回路板空間を占
めるといつても過言ではない。結果として、その
ようなコンピユータを多くの用途に用いるのは不
可能であり、実際的ではない。 [発明の概要] 本発明は、小型で経済的であるばかりか、32ビ
ツト・データ・パス、可変長命令、種々のアドレ
ツシング・モード及びその他の優れた特徴を備え
るデイジタル・コンピユータ用中央処理装置を提
示する。その中央処理装置は、パイプ・ライン及
びマイクロプログラムの設計を採用し、非常にコ
ンパクトなマイクロコードで強力な機能の実行を
許容するハードウエア上の多数の特徴を備えてい
る。 本発明の好ましい実施例では、中央処理装置
は、マクロ命令実行手段とメモリ・アクセス手段
とからなり、マクロ命令実行手段は、メモリ・コ
マンドと、メイン・メモリに収容されたオペラン
ド及び1又は2以上のオペランド指定子からなる
可変長のマクロ命令の仮想アドレスを発行し、メ
モリ・アクセス手段は、データ・キヤツシユと、
該データ・キヤツシユから或いはメイン・メモリ
からのデータをアクセスし且つアクセスしたデー
タをマクロ命令実行手段へ供給するべく仮想メモ
リ・アドレスを翻訳するためのマイクロプログラ
ム制御手段とを有する。メモリ・アクセス手段の
マイクロプログラム制御は、マクロ命令実行手段
と非同期的に作動する。マクロ命令実行手段は、
1つのマイクロ命令セツトのマイクロアドレス、
サイズ・コード及びクラス・コードを発行するた
めに演算コードを復号し、また、オペランド・デ
ータ又はデータ・アドレスの何れか、及びアドレ
ツシング・モード指定子を発行するためにオペラ
ンド指定子を復号する手段と、多数のフイールド
からなるマイクロ命令を収容した制御記憶手段
と、上記マイクロ命令の1セツトを実行するため
のマイクロ命令論理制御手段とを含む。サイズ・
コードはマクロ命令を演算するデータの長さをバ
イトで表わし、クラス・コードはマイクロ命令の
コンデイシヨン・コードのマクロ命令コードへの
転写を指定する。マイクロ命令は、データ・パス
制御フイールドと、コンデイシヨン・コード/サ
イズ・フイールドと、次アドレス制御フイールド
とからなり、制御記憶手段は前記メモリ制御命令
を発行し且つ前記マイクロ・アドレス、次アドレ
ス制御フイールド及びコンデイシヨン・コードに
応答してマイクロサブルーチン又はマイクロ命令
を供給する。マイクロ命令論理制御手段は、デー
タ・パス制御フイールド、サイズ・コード及びコ
ンデイシヨン・コード/サイズ・フイールドに応
答して前記1セツトのマイクロ命令と前記マイク
ロサブルーチンとを実行し、且つ前記メイン・メ
モリのデータをアクセスするべく前記仮想メモ
リ・アドレスを発行する。 本発明のこれら及びその他の特徴は、添付図面
を参照する以下の説明から明らかとなるであろ
う。 [実施例] 第1図は、本発明の中央処理装置の好ましい実
施例を含むコンピユータ・システムを示す。この
コンピユータ・システムは、中央処理装置
(CPU)10、システム・バス20、メモリ・アレ
イ22及びコンソール・ターミナル24を具備す
る。このコンピユータ・システムはまた、例えば
デイスク制御装置やネツトワーク・インターフエ
ースのような、システム・バス20に連結する
種々の周辺装置(図示せず)を具備する。コンソ
ール・ターミナル24は、もしも適当なインター
フエース、例えばローカル・エリア・ネツトワー
クへのインターフエースがシステム・バス20上
に用意されるならば、除去してもよい。CPU1
0は、メモリ制御モジユール12とデータ・パ
ス・モジユール14からなる。プログラム命令の
実際の実行は、データ・パス・モジユール14に
よつて制御され、メモリ制御モジユール12は、
一般的には、データ・パス・モジユール14とシ
ステム・バス20との間のインターフエースとし
て作用する。メモリ制御モジユール12及びデー
タ・パス・モジユール14は、メモリ制御バス1
6及びメモリ・データ・バス18を介して通信す
る。 メモリ制御モジユール12は、データ・パス・
モジユール14に関して非同期的に動作するマイ
クロプログラムされた装置である。メモリ制御モ
ジユール12は、CPU10とシステム・バス2
0との間のインターフエースを与えるだけでな
く、データ・パス・モジユール14のためのアド
レス翻訳機能、命令プリフエツチ機能及びデー
タ・キヤツシユ機能を与える。アドレス翻訳は、
データ・パス・モジユール14によつて特定され
る仮想アドレスの実際の物理アドレスへの翻訳又
は変換を云う。データ・キヤツシユの語は、
CPU内の高速メモリ・アレイで最近使われるよ
うになつた記憶装置をいう。 第2図において、メモリ制御モジユール12は
送受信器30、バス32,34、翻訳バツフア/
キヤツシユ40、物理アドレス・レジスタ42、
システム・バス・インターフエース44、マー
ジ/回転ユニツト48、マイクロシーケンサ/制御
記憶装置50、バス制御装置52及び命令プリフ
エツチ・ユニツト56を具備する。メモリ制御ユ
ニツトの機能については、データが特定の仮想ア
ドレスから読出されるべきことをデータ・パス・
モジユール14が要求するときに生じる一連の動
作を概観することによつて説明する。データ・パ
ス・モジユール14は、仮想アドレスをバス・ラ
ツチ64に置き、その仮想アドレスはそのポイン
トからメモリ・データ・バス18を介してメモリ
制御モジユール12に送出される。そのアドレス
は、送受信器30を通つてバス32に至る。バス
32上の仮想アドレスは翻訳バツフア/キヤツシ
ユ40に現われ、もしも要求された翻訳エントリ
が存在する(例えば、キヤツシユ・ヒツト)なら
ば、対応する物理アドレスがバス34上に作り出
される。バス34から、物理アドレスは物理アド
レス・レジスタ42にロードされ、そこからバス
32上にロードされる。バス32上の物理アドレ
スはそれで、翻訳バツフア/キヤツシユ40及び
システム・バス・インターフエース・ユニツト4
4に同時に提示される。もしも要求されたデータ
がキヤツシユ中にある場合には、翻訳バツフア/
キヤツシユ40は、次のマシーン・サイクルでバ
ス34上に要求されたデータを送出する。もしも
キヤツシユ・ミスが生じたならば、要求されたデ
ータをメモリ・アレイ22から取り出すために、
システム・バス・サイクルが実行される。データ
がメモリから受け取られると、それは、システ
ム・バス・インターフエース44からバス34上
に至る。一旦、キヤツシユ又はメモリからデータ
がバス34上に受信されると、そのデータは、マ
ージ/回転ユニツト48を介してバス32にロー
ドされる。要求されたデータは、送受信器30及
びメモリ・データ・バス18を介してデータ・パ
ス・モジユール14に至り、仮想読出サイクルが
完了する。メモリ制御動作の上記シーケンスは、
マイクロシーケンサ/制御記憶装置50から出る
制御信号によつて実行され、統御される。マイク
ロシーケンサ/制御記憶装置50によつて実行さ
れる特定のマイクロプログラムは、データ・パ
ス・モジユール14によつてメモリ制御モジユー
ル12にメモリ制御バス46を介して送り出され
るメモリ制御コマンド28により選択される。こ
のコマンド28は、仮想アドレスがメモリ・デー
タ・バス18上に置かれるのと同じ時点に送出さ
れる。システム・バス20の利用を必要とする、
メモリ制御モジユール12のマイクロプログラム
のためには、マイクロプログラムは、バス制御装
置52を経て動作する。 メモリ制御モジユール12によつて実行される
付加的な機能は、データ・パス・モジユール14
による実行のための命令のプリフエツチである。
プリフエツチされた命令は命令プリフエツチ・ユ
ニツト56に収容され、必要とされる際に1度に
1バイトずつメモリ制御バス16を介して、デー
タ・パス・モジユール14に送られる。メモリ制
御バス16はそれ故、2つの異なる機能、即ち、
メモリ制御モジユール12からデータ・パス・モ
ジユール14への命令の転送と、データ・パス・
モジユール14からメモリ制御モジユール12へ
のメモリ制御コマンドの転送とを果たす。 データ・パス・モジユール14によつて実行さ
れる各マクロ命令は、一般に、演算コード(OP
コード)と、それに従う1又は2以上のオペラン
ド指定子(スペシフアイアー)とからなる。オペ
ランド指定子は、データ又はマクロ命令が作用す
べきデータの位置を指定する。前者の場合、オペ
ランド指定子に含まれるデータをリテラル
(IiteraI)と呼ぶ。後者の場合、オペランド指定
子は、アドレツシング・モード及びレジスタの番
号(例えばアドレス)を示す。アドレツシング・
モードの例として、指定レジスタがデータを収容
している直接モード及び、指定レジスタがデータ
のアドレスを収容している間接モードがある。例
えば、レジスタ3及びレジスタ4の内容を加算す
るマクロ命令では、OPコードは加算を指定し、
2つのオペランド指定子は、レジスタ3直接及び
レジスタ4直接をそれぞれ指定する。ここで説明
する好ましい実施例では、各OPコード及びオペ
ランド指定子は、1バイト又は2バイト以上を含
み、そのマクロ命令のバイトは、データ・パス・
モジユール14によつて受信され、一度に1バイ
トずつ処理される。 第2のデータ・パス・モジユール14を参照す
る。マクロ命令の実行は、制御論理ユニツト60
によつて実行されるマイクロ命令によつて遂行さ
れる。制御論理ユニツト60は、ALU、汎用目
的のレジスタ、2つのポインタ・レジスタ、マク
ロプログラム・カウンタ及び以下に説明するその
他の要素を具備する。各マクロ命令に対して、制
御論理ユニツト60は、制御記憶装置62に収容
された一連のマクロ命令を実行する。新しいマク
ロ命令のOPコードがメモリ制御バス16から命
令レジスタ70にロードされた時に、マクロ命令
のシーケンスが開始する。OPコードの値及び現
在のマイクロ命令の部分は、解読ROM74での
記憶場所をアドレスするために使用される。それ
に応じて、解読ROM74は、多数の出力、即
ち、マクロ命令のOPコードに対応する最初のマ
イクロ命令の制御記憶装置62でのアドレスを指
定する次マイクロアドレスと、マクロ命令が作用
すべきデータのバイト長を示すSIZE信号と、以
下に説明する機能のCC CLASS(コンデイシヨ
ン・コード クラス)信号とを出力する。命令レ
ジスタ70がオペランド指定子を含むとき、解読
ROM74は、追加的に、アドレツシング・モー
ドが直接か否かを示す、REGISTER信号を出力
する。 解読ROM74によつて出力される次のマイク
ロアドレスは、マイクロシーケンサ76を介して
制御記憶アドレス・レジスタ78に至る。制御記
憶アドレス・レジスタ78に収容されたアドレス
は、制御記憶装置62でアクセスされるマイクロ
命令を指定する。アクセスされたマイクロ命令の
部分は、多数の指定装置に発送される。或る部分
は、実行のために制御論理ユニツト60へ行く。
第二の部分はマイクロシーケンサ76へ行き、そ
こでは、次のマイクロ命令のアドレスを決定する
ために利用される。或る状況では、制御記憶装置
62はまた、メモリ制御信号28と、サイズ・レ
ジスタ88及びCC論理ユニツト90にロードさ
れるべき値を供給する。第1のマイクロ命令が実
行を開始した後、マイクロシーケンサ76は、次
のマイクロ命令のアドレスを制御記憶アドレス・
レジスタ78に置かせ、シーケンスは、マクロ命
令に対応する全てのマイクロ命令が実行されてし
まうまで続く。マイクロスタツク80は、制御記
憶装置62のマイクロプログラムでマイクロサブ
ルーチン及びマイクロトラツプの利用を可能にす
るために設けられる。マイクロスタツク80の動
作は、以下に詳細に説明する。 データ・パス・モジユール14に含まれる他の
エレメントは、バス・ラツチ64、バス82,8
4、ラツチ86、サイズ・レジスタ88、CC(コ
ンデイシヨン・コード)論理ユニツト90、イン
デツクス・レジスタ92、コンソール・インター
フエース94、割込制御論理ユニツト96及び命
令レジスタ・バツフア98である。バス82及び
同84は、種々の前後関係でデータ・パス・モジ
ユール14のエレメント間でデータを通すために
使われる。ラツチ86は、バス82とバス84と
の間の隔離を与える。サイズ・レジスタ88は、
制御論理ユニツト60のための既定データ・パス
幅を示すコード(通常は、解読ROM74又は制
御記憶装置62からのSIZE信号から導出され
る。)を保持するために利用される。コンデイシ
ヨン・コード論理ユニツト90は、制御論理ユニ
ツト60の出力に基づくマクロレベルのコンデイ
シヨン・コードのセツテイングを制御するために
利用される。インデツクス・レジスタ92は、次
マイクロアドレスを決定するためにマイクロシー
ケンサ76によつて利用され得る4ビツト・レジ
スタである。コンソール・インターフエース94
は、コンソール・ターミナル24(第1図)とデ
ータ・パス・モジユール14との間をインターフ
エースするために使われるシリアル・ポートであ
る。割込制御論理ユニツト96は、割込を起こす
べきかどうかを決定するため、システム・バス2
0からの任意の割込をCPUの現在状態と比較す
る。命令レジスタ・バツフア98は、バス82を
介して命令レジスタ70の内容を制御論理ユニツ
ト60に送る手段を提供する。 マイクロシーケンサ76の機能は、マイクロ命
令が制御論理ユニツト60によつて実行されるシ
ーケンスを決定することである。所与のマイクロ
命令の実行の間に、次のマイクロ命令の制御記憶
装置62でのアドレスを決定して、そのアドレス
を制御記憶アドレス・レジスタ78に置くことに
よつて、マイクロシーケンサ76は、これを達成
する。マイクロシーケンサ76は、現在のマイク
ロ命令にコード化された情報並びに種々のステー
タス・ライン及び制御ライン上の信号に基づき、
次マイクロ命令のアドレスを決定する。 第3図は、マイクロシーケンサ76をより詳細
に示す。次マイクロアドレスは、MUX(マルチ
プレクサ)200の出力によつて決定される。
MUX200への入力は、ページ・レジスタ20
1、マイクロプログラム・カウンタ202及び
ORゲート204である。これらの入力の間の選
択は、JUMPMUX206及び後述の他の制御信
号によつて決定される。ページ・レジスタ201
は、現時マイクロ命令アドレスの高位ビツト(複
数)を保持する。マイクロプログラム・カウンタ
202は、現時マイクロ命令アドレスの低位ビツ
ト(複数)に1を加えたものを保持する。ペー
ジ・レジスタ201及びマイクロプログラム・カ
ウンタ202はそれ故、一緒になつて、次の連続
するマイクロ命令アドレスを指し示す。MUX2
00によるこれら入力の選択は、コンピユータ・
システムが一連にマイクロ命令を実行する簡単な
場合を表わす。 ORゲート204は、OR MUX208の出力
とバス210上のアドレスとの間で論理OR演算
を行なう。バス210は、解読ROM74、ジヤ
ンプ・レジスタ212又はマイクロスタツク80
のいずれかによつて決定されたアドレスを収容す
る。マイクロ命令のOPコード又は1バイトのオ
ペランド指定子が解読される場合には、解読
ROM74からバス210上のアドレスが導出さ
れる。この場合、解読ROM74は、このマクロ
命令バイトによつて特定される機能を実行するた
めに必要とされる最初のマクロ命令のアドレスの
全部又は一部のいずれかを供給する。非連続的な
ジヤンプ又はブランチがマイクロ命令のシーケン
スで生じる場合には、一般に、ジヤンプ・レジス
タ212がバス210上のアドレスのソースであ
る。ブランチしようとするアドレスは、制御記憶
装置62中の現時マイクロ命令の内容から導出さ
れ、ジヤンプ・レジスタ212に置かれる。最後
に、マイクロサブルーチン又はマイクロトラツプ
からの復帰(リターン)が生じる場合には、マイ
クロスタツク80がバス210上のアドレスのソ
ースである。復帰アドレスは、元のサブルーチ
ン・コール又はトラツプが生じた時にマイクロス
タツク80に収容される。復帰アドレスは、サブ
ルーチン・コールに対してページ・レジスタ20
1の内容及びマイクロプログラム・カウンタ20
2の内容によるか、又は、トラツプに対して、ペ
ージ・レジスタ201の内容及びマイクロプログ
ラム・カウンタ202の内容マイナス1(即ち、
現在のマイクロアドレス)によるかのどちらかで
決定される。後者の場合、条件付デクレメンタ2
14が、マイクロプログラム・カウンタ202の
内容から1を減ずるために使われる。 制御記憶装置62に収容される各マイクロ命令
は、データ・パス制御フイールド、コンデイシヨ
ン・コード/サイズ・フイールド及び次アドレス
制御フイールドの3個のフイールドを具備する。
データ・パス制御フイールドは、制御論理ユニツ
ト60(第2図)によるマイクロ命令の実行を制
御するために使われる。コンデイシヨン・コー
ド/サイズ・フイールドは、後で説明する。次ア
ドレス制御フイールドは、次のマイクロ命令のア
ドレスを決定するためにマイクロシーケンサ76
によつて使われる。次アドレス制御フイールド
は、概念的には、次のように4個のサブフイール
ドに分割できる。即ち、 タイプ ジヤンプ・コンデイシヨン オア ジヤンプ・アドレス サブフイールド「タイプ」は、表1に列記し以
下に詳細に説明するブランチ・タイプの1つを特
定する。サブフイールド「ジヤンプ・コンデイシ
ヨン」は、非連続的なブランチがマイクロ命令の
シーケンスで生じたか否かを決定するためにテス
トすべきコンデイシヨンを特定する。第3図を参
照すると、サブフイールド「ジヤンプ・コンデイ
シヨン」は部分的に、MUX200の制御のため
にJUMP MUX206への入力のどれを選択す
べきかを決定する。選択され得る典型的なジヤン
プ・コンデイシヨンは、ALUコンデイシヨン・
コード、割込又はコンソール・ホールトが受信さ
れたか否か、OR MUX208の出力がゼロか否
か及び信号IR INVALIDが出されたか否か、で
ある。IR INVALLID信号は、命令レジスタ7
0が有効な情報を含まないときには何時でも、命
令プリフエツチ・ユニツト56から出力される。
一般に、選択されたコンデイシヨンが真であるな
らば、MUX200は、ORゲート204から供
給されるアドレスを選択し、ブランチが生じる。
もしもコンデイシヨンが偽ならば、MUX200
はページ・レジスタ201及びマイクロプログラ
ム・カウンタ202から供給される次の連続アド
レスを選択する。 ORゲート204によつて行なわれるオア演算
は、バス210上のアドレスの低位ビツトに作用
する。このコンピユータ・システムの好ましい実
施例では、OR MUX208の出力は4ビツト幅
であり、或るマイクロ命令のブランチ・タイプで
は、これらの4ビツトが、バス210上の下位4
ビツトと論理和をとられる。OR MUX208は
このように、多重指定ブランチ(即ち、ケーシン
グ)を行なうことができる。OR MUX208の
出力は、現時マイクロ命令のサブフイールド「オ
ア」によつて制御される。表2は、サブフイール
ド「オア」を3ビツト幅に拡げ、8セツトの4ビ
ツト入力までから選択し得るようにした、本発明
の好ましい実施例を示す。サブフイールド「オ
ア」の値0乃至7に対応する各選択に関し、表2
は、OR MUX208の出力ビツトORMUX3乃
至ORMUX0の各々に対する値を列記した。ゼ
ロのサブフイールド値に対し、OR MUX208
の全出力ビツトはゼロである。値1では、もしも
IR INVALID信号が出ているならばORMUX0
が1にセツトされる。値2では、ORMUX1が
1にセツトされる。この値は、マイクロサブルー
チンからの多重復帰(リターン)を与えるために
使うと便利である。値3では、OR MUX208
の出力は、表に示した4本のメモリ制御ステータ
ス・ライン上の信号によつて決定される。MEM
ERRは、メモリ制御モジユール12からの雑多
のエラー信号を云う。PAGE CROSSINGは、5
12バイトのページ境界を越えるデータをアクセ
スする試みを示す。TB MISSは、要求された仮
想アドレスに対する翻訳エントリが翻訳バツフ
ア/キヤツシユ40に発見されなかつたことを示
す。MODIFY REFUSEは、メモリ書込動作が、
その対応する翻訳バツフアのエントリにモデイフ
アイ・ビツトがセツトされていなかつたために行
なわれなかつたことを示す。コード値4ではOR
MUX208の出力は、IR INVALID信号及び
BR FALSE信号によつて決定される。BR
FALSE信号は、マクロレベルのブランチが起こ
るだろうか否かを示す。コード値5では、OR
MUX208の出力は、列記したスタータス信号
によつて決定される。OVERFLOWは、以下に
説明するPSL Vコードをいう。INTERRUPT
及びCONSOLE HALTは、それぞれ、割込制御
論理ユニツト96及びコンソール・インターフエ
ース94からの信号をいう。コード値6では、
OR MUX208の出力は、インデツクス・レジ
スタ92(第2図)の内容に等しい。コード値7
では、OR MUX208の出力は、サイズ・レジ
スタ88の内容によつて決定される。 表1は、マイクロシーケンサ76が次のマイク
ロアドレスを選択する方法をまとめたものであ
る。現時マイクロ命令のサブフイールド「タイ
プ」は、表1の第1欄に列記したブランチ・タイ
プの一つを指定する。これらのタイプの動作は次
の段落で説明する。表1において、記号μPCは、
マイクロプログラム・カウンタ202を表わす。 ブランチ・タイプがジヤンプ又はサブルーチ
ン・ジヤンプであるときは、現時マイクロ命令の
サブフイールド「ジヤンプ・アドレス」は、ジヤ
ンプ・レジスタ213にロードされる。このアド
レスは、バス210上に置かれ、このポイントか
ら、それは変更なしにORゲート204及び
MUX200を通過する。次マイクロアドレスは
それ故、現時マイクロ命令のサブフイールド「ジ
ヤンプ・アドレス」によつて完全に決定される。
ジヤンプ及びサブルーチン・ジヤンプのブラン
チ・タイプは、マイクロ命令のフローにおける無
条件(アンコンデイシヨンナル)ブランチを起こ
させるために利用される。サブルーチン・ジヤン
プが実行されると、ページ・レジスタ201及び
マイクロプログラム・カウンタ202の内容は、
マイクロスタツク80にプツシユされる。 ブランチというブランチ・タイプは、現ページ
内でマイクロアドレスへの条件付ジヤンプを行な
うために使われる。表1に示すように、次マイク
ロアドレスの上位5ビツトは、ページ・レジスタ
によつて決定され、下位8ビツトはジヤンプ・コ
ンデイシヨンに基づいて決定される。もしもジヤ
ンプ・コンデイシヨンが真ならば、下位ビツト
は、現時マイクロ命令のサブフイールド「ジヤン
プ・アドレス」の下位からジヤンプ・レジスタ2
12を介して導出される。もしもジヤンプ・コン
デイシヨンが偽ならば、ジヤンプは生じず、下位
ビツトはマイクロプログラム・カウンタ202か
ら導出される。ジヤンプ・コンデイシヨンは、現
時マイクロ命令のサブフイールド「ジヤンプ・コ
ンデイシヨン」に基づきJUMP MUX206に
よつて選択された信号に等しい。 ケース(Case)のブランチ・タイプは、ジヤ
ンプ・コンデイシヨンが真である場合に次マイク
ロアドレスの下位ビツトがOR MUX208の出
力との組合せでジヤンプ・レジスタ212によつ
て決定されることを除いて、ブランチに類似して
いる。特に、OR MUX208の4個の出力(表
2)は、ORゲート204によつてジヤンプ・レ
ジスタ212の下位4ビツトと論理和をとられ
る。 サブルーチン・ブランチ及びトラツプのブラン
チ・タイプは、ジヤンプ・コンデイシヨンが真で
ある場合に次マイクロアドレスの高位ビツトがゼ
ロに強制され、且つ次の連続するマイクロアドレ
ス(サブルーチン・ブランチの場合)又は現時マ
イクロアドレス(トラツプの場合)の何れかがマ
イクロスタツク80にプツシユされることを除い
て、ケースに類似している。 リターンのブランチ・タイプは、マイクロスタ
ツク80にプツシユされた任意のマイクロアドレ
スへ復帰するために使われる。リターンのブラン
チ・タイプは条件付であり、ジヤンプ・コンデイ
シヨンが真である場合には単に戻るだけである。
偽のジヤンプ・コンデイシヨンは、次の連続する
マイクロアドレスがマイクロシーケンサ76によ
つて選択されるようにする。 表1はまた、命令レジスタ70中のOPコード
又はオペランド指定子の解読を命令するマイクロ
命令を制御論理ユニツト60が実行する時に、次
マイクロアドレスが決定される方法を示す。OP
コードの解読に対しては、もしも特定されたジヤ
ンプ・コンデイシヨンが偽ならば、次マイクロア
ドレスは、解読ROM74から供給されるアドレ
スによつて決定される。この場合、次マイクロア
ドレスの高位ビツトは、ゼロにセツトされる。た
だし、もしも特記されたジヤンプ・コンデイシヨ
ンが真であるならば、次マイクロアドレスは、完
全に、OR MUX208の4ビツト出力によつて
決定され、現時マイクロアドレスは、マイクロス
タツク80にプツシユされる。一般に、OPコー
ド解読のマイクロ命令で特記されるジヤンプ・コ
ンデイシヨンは、IR INVALID信号である。結
果として、データ・パス・モジユール14が、命
令レジスタ70で未だ有効でないOPコードを復
号又は解読しようとする場合、命令プリフエツ
チ・ユニツト56が追いつくのを待つサブルーチ
ンの存在する低位マイクロアドレスにトラツプが
生じる。 オペランド指定子解読のマイクロ命令が実行さ
れると、次マイクロアドレスは、IR INVALID
信号及び解読ROM74からのREGISTER信号と
いう2つの信号によつて決定され、REGISTER
信号は、オペランド指定子のアドレツシング・モ
ードが直接であるかどうかを示す。もしも命令レ
ジスタ(IR)が有効であり、且つモードが直接
であるならば、次の連続するマイクロアドレスが
選択される。もしも命令レジスタ(IR)が有効
であり、且つモードが間接であるならば、マイク
ロプログラムは、高位部分がジヤンプ・レジスタ
212の高位ビツトによつて決定され且つ低位部
分が解読ROM74からのマイクロアドレスに等
しいアドレスにあるサブルーチンにジヤンプす
る。ジヤンプ・レジスタ212のアドレスは、現
時マイクロ命令のサブフイールド「ジヤンプ・ア
ドレス」から導出される。結局、IR INVALD信
号が出される場合には、マイクロプログラムは、
OR MUX208の出力(この場合には、1に等
しい値にセツトされる。)によつて指定されるア
ドレスのサブルーチンにトラツプする。 表1に示した最後の状況は、パワー・アツプ又
はパリテイー・エラーである。この場合、デー
タ・パス・モジユール14はゼロ・アドレスのマ
イクロ命令を実行し始める。 第4図は、制御論理ユニツト60より詳細に示
す。制御論理ユニツト60は、バス100,10
2、ALU104、結果レジスタ106,107、
バレル・シフタ108及び関連のシフト・カウン
ト・レジスタ110並びに結果レジスタ112、
ポインタ・レジスタ120,122、レジスタ・
フアイル124、プログラム・カウンタ126、
定数ROM130、レジスタ・セーブ・スタツク
132、I/Oポート134並びに制御記憶レジ
スタ140を含む。 制御論理ユニツト60によるマイクロ命令の実
行は、マイクロ命令のデータ・パス制御フイール
ドが制御記憶装置62から制御記憶レジスタ14
0にロードされた時に始まる。一般に、データ・
パス制御フイールドは、1個のマイクロOPコー
ドと、2個のマイクロ・オペランド指定子を含
む。マイクロOPコードが代数演算又は論理演算
(例えば、加算、論理積、マスク、比較)を指定
する場合、その演算はALU104によつて行な
われる。2つの必要なオペランドは、バス100
及び同102を介して供給され、演算の結果は、
現時マイクロ命令に含まれるビツトに従い、結果
レジスタ106又は同107に置かれる。 バレル・シフタ108は、シフト演算のために
使われる。シフト・カウントは、シフト・カウン
ト・レジスタ110に収容してもよいし、マイク
ロ命令中のリテラルとして供給してもよい。シフ
ト演算の結果は、結果レジスタ112に収容す
る。 レジスタ・フアイル124は、マクロレベルの
プログラムにアクセス可能な多数の汎用レジスタ
と、汎用及び専用の両用のマイクロレベル・レジ
スタを持つ。汎用レジスタの語は、以下、レジス
タ・フアイル124におけるマクロレベルの汎用
レジスタ及びマイクロレベルの汎用レジスタの両
方をさすものとする。各レジスタは、バス100
又は同102の何れからも読み出すことができる
が、バス102からのみ書き込むことができる。
レジスタ・フアイル124の各レジスタは、関連
する固有のレジスタ・アドレスを具備し、そのレ
ジスタ・アドレスは、以下に説明するように、マ
イクロ命令の実行の間レジスタを指定するために
使われる。 サイズ・レジスタ88は、制御論理ユニツト6
0によつて利用されるデータ・パスの幅を制御す
るためと、表2に示すマイクロプログラムのブラ
ンチングを制御するために利用される。このコン
ピユータ・システムの好ましい実施例では、デー
タ・パスは32ビツト幅まで拡げることができる
が、特定のマクロ命令は、バイト(8ビツト)及
びワード(16ビツト)のようなより狭いデータ・
パスを指定できる。例えば、マクロ命令は、1バ
イトが特定の仮想メモリ・アドレスから取り出さ
れて汎用レジスタ3(即ち、レジスタ・フアイル
124中のこの汎用レジスタはレジスタ・アドレ
ス3を採つている。)にロードされることを指定
することができる。このマクロ命令は、汎用レジ
スタ3の下位8ビツトにのみ影響し、高位24ビツ
トをそのままに放置する。フル32ビツトのデー
タ・ブロツクは、ロングワードと呼ぶことにす
る。 サイズ・レジスタ88には、マクロ命令のOP
コードが解読されるときに解読ROM74から直
接2ビツト・コードがロードされる。好ましい実
施例では、コーデイング・スキームは、 0……バイト 1……ワード 2……不使用 3……ロングワード である。即ち、OPコードによつて特定されるデ
ータ・パス幅は、マスキングのためのALU演算
の使用無しに、且つレジスタのどんな移動
(move)、回転又はリフレツシユ無しに、そのOP
コードに対する全実行シーケンスの間、制御論理
ユニツトに(信号SIZE0及びSIZE1として)有効
であるように作ることができる。 サイズ・レジスタ88の内容は、オペランド指
定子の解読を行なうマイクロ命令を実行するとき
に、改められ得る。そのようなマイクロ命令が実
行されるとき、マイクロ命令のコンデイシヨン・
コード/サイズ・フイールドは、そのフイールド
の値がゼロ(バイト)、1(ワード)又は3(ロン
グワード)ならば、制御記憶装置62からサイ
ズ・レジスタ88にロードされる。もしも値が2
ならば、サイズ・レジスタ88は影響を受けず、
先行するOPコードによつて特定されるサイズを
そのままにしておく。 解読のマイクロ命令の他に、サイズ・レジスタ
88は、デステイネーシヨン・オペランドとして
サイズ・レジスタを明示的に指定する移動
(move)マイクロ命令によつてのみ修正されう
る。解読以外のマイクロ命令は、しかしながら、
それらのコンデイシヨン・コード/サイズ・フイ
ールドによつて実行の間にデータ・パス幅を制御
する。ALU及びシフトのマイクロ命令に対して
は、後でコンデイシヨン・コード/サイズのコー
デイングを説明する。他のマイクロ命令(即ち、
移動、メモリ要求)については、コンデイシヨ
ン・コード/サイズ・フイールドのコーデイング
は、 0……バイト 1……ワード 2……サイズ・レジスタを使用 3……ロングワード である。即ち、与えられたマイクロ命令は、自身
のデータ・パス幅を指定できるか又は、サイズ・
レジスタを指定し、それ故、先行するOPコード
又はオペランド指定子によつて指定される幅を使
用できるかのどちらかである。その結果、サイ
ズ・レジスタ88の利用によつて得られる効率
は、現在のコンピユータ・システムのマイクロプ
ログラミングでの柔軟性に何らの対応する損失も
もたらさない。 ポインタ・レジスタ120及び同122は、
各々2つの機能を奏し得る6ビツト・レジスタで
ある。即ち、ポインタ・レジスタ120,122
は、レジスタ・フアイル124の特定の汎用レジ
スタのアドレス(即ち、そのレジスタへのポイン
ト)を収容でき、又は、オペランド指定子から導
出されたリテラル値を収容できる。ポインタ・レ
ジスタ120,122は、バス100,112か
ら読み取ることができ、バス102から書き込む
ことができる。2つのポインタ・レジスタ10
0,102の利用は、多数のマクロ命令の実行ス
ピードに著しい利益を与える。例えば、汎用レジ
スタR1及び同R2の内容を加算するマクロ命令
は、結果を汎用レジスタR2に置くとして、次の
ようにコード化できる。即ち、 OPコード ―加算(Add) オペランド指定子1 ―R1、直接モード オペランド指定子2 ―R2、直接モード ただし、各オペランド指定子は、アドレツシン
グモードを指定するモード・フイールドと、(上
記の如く)レジスタのアドレスを収容するレジス
タ・フイールド又はリテラルの何れかとを含む。
本発明のポインタ・レジスタを使用しなければ、
このマクロ命令に対するマイクロ命令のシーケン
スは、次のように7ステツプ必要とする。即ち、 1 OPコードを解読 2 オペランド指定子1を解読 3 R1をTEMP1に移動 4 オペランド指定子2を解読 5 R2をTEMP2に移動 6 加算TEMP3=TEMP1+TEMP2 7 TEMP3をR2に移動 ここで、TEMP1、TEMP2及びTEMP3
は、マイクロレベルの汎用レジスタを意味する。
2つのポインタ・レジスタの利用は、必要なステ
ツプ数を5に減らす。即ち、 1 OPコードを解読 2 オペランド指定子1を解読し、R1のアドレ
スをPTR1に置く 3 オペランド指定子2を解読し、R2のアドレ
スをPTR2に置く 4 加算TEMP1=PTR1+PTR2 5 TEMP1をPTR2に移動 ここで、記号Xは、アドレスがレジスタX中
にある記憶場所(即ち、レジスタ)を示し、
PTR1及びPTR2は、ポインタ・レジスタ12
0及び同122を示す。上記ステツプ2及び3に
示したように、オペランド指定子の解読は、オペ
ランド指定子によつて指定されるレジスタの番号
をポインタ・レジスタ120又は122の一方に
ロードさせる。ポインタ・レジスタのこのロード
は、オペランド指定子によつて指定されるアドレ
ツシング・モードに関わりなく生じる。オペラン
ド指定子がリテラルを収容する場合、そのリテラ
ルは同様にポインタ・レジスタにロードされる。
全ての場合に、オペランド指定子の解読を実行す
るマイクロ命令の1ビツトは、どのポインタ・レ
ジスタ120又は122がロードされるかを決定
する。第2図に示すように、ポインタ・レジスタ
は、命令レジスタ70から命令レジスタ・バツフ
ア98、バス82、ラツチ86、I/Oポート1
34及びバス102を通つてロードされる。 上記の第2の例のステツプ4及び5における加
算のマイクロ命令及び移動のマイクロ命令は、ポ
インタ・レジスタを使つてレジスタR1及び同R
2を間接的にアドレスする。そのようなアドレツ
シング方法を実施するため、2つのレジスタ・ア
ドレス、即ち直接アドレス及び間接アドレスがポ
インタ・レジスタの各々に割当てられる。ポイン
タ・レジスタの直接アドレスは、レジスタ・フア
イル124のレジスタのアドレスに全く類似して
おり、レジスタの内容を特定するために利用され
る。例えば、第1及び第2のマイクロ・オペラン
ド指定子がレジスタ・フアイル124中のアドレ
スが3及び4であるレジスタを指定するMove
3,4というようなマイクロ命令では、その結果
として、レジスタ3の内容がレジスタ4に移動す
る。ポインタ・レジスタ120及び同122は、
同じ結果を達成する相異した一般的により効率的
な方法を与える。各ポインタ・レジスタには、任
意のレジスタの直接アドレスとは異なる固有の間
接アドレスが割当てられる。間接アドレスがマイ
クロ・オベランド指定子によつて指定されると、
実際にアクセスされるレジスタは、間接的にアド
レスされたポインタ・レジスタの内容によつて決
定される。例えば、もしもポインタ・レジスタ1
20及び122が、54及び55という間接アド
レスを割当てられ、且つ数値3及び4を収容して
いたとすると、マイクロ命令Move 54,55
は、Move3,4と等価である。 プログラム・カウンタ126は、実行されるべ
き次のマクロ命令のアドレスを収容するレジスタ
である。ポインタ・レジスタ120,122及び
レジスタ・フアイル124中のレジスタと同様
に、プログラム・カウンタ126もバス100又
は同102の何れかから読み出しでき、バス10
2から書き込みできる。プログラム・カウンタ1
26は、次のいずれかが生じる時に自動的に、
1,2又は4だけインクリメントされる。 (1) 1個のOPコード解読マイクロ命令が実行さ
れる時、 (2) オペランド指定子解読マイクロ命令が実行さ
れる時、 (3) 現時マイクロ命令が、1つのマイクロ命令オ
ペランドの記憶場所として命令レジスタ70を指
定する時、 (4) マクロ命令の命令ストリームからのデータの
再生を支持するマイクロ命令が実行される時、 ケース(1)及び(2)については既に説明した。プロ
グラム・カウンタ126は、プログラム・カウン
タ126中のアドレスが新しいマクロ命令のバイ
トの仮想アドレスに対応するように、新しいマク
ロ命令のバイトが命令レジスタ70から計数され
たときには何時でも1だけインクリメントされ
る。ケース(3)の例としては、マクロ命令ストリー
ム中の1バイトがリテラル・データを含む場合で
ある。例えば、或るタイプのオペランド指定子
は、ベース・アドレスを収容するレジスタと、そ
のレジスタ中に発見されるベース・アドレスに加
算されるべき固定オフセツトとを指定することに
よつてオペランドのアドレスを特定する。この状
況ではオペランド指定子は2バイトからなり、第
1のバイトはレジスタ・アドレス(例えば、レジ
スタ2)及びアドレツシング・モードを指定し、
第2のバイトは、固定オフセツト(即ち、リテラ
ル)を収容する。そのようなオペランドをアクセ
スするマイクロ命令は、オペランド指定子の第1
バイトを解読して値2(レジスタ・アドレス)を
ポインタ・レジスタ120に置くことによつて始
まる。次のマイクロ命令は、命令レジスタ70に
収容されたリテラルに、ポインタ・レジスタ12
0によつて指定される値を加算する。このマイク
ロ命令は、命令レジスタ70に割当てられた固有
のレジスタ・アドレスを指定することによつて命
令レジスタ70を参照する。リテラルは、命令レ
ジスタ70から命令レジスタ・バツフア98、バ
ス82、ラツチ86、バス84、I/Oポート1
34及びバス102を通つて、ALU104に達
する。オペランドとして命令レジスタ70のアド
レスを指定する加算マイクロ命令の実行は、プロ
グラム・カウンタ126を1だけインクリメント
させる。 上記のケース(4)は、命令ストリーム・メモリ要
求と呼ばれる。そのようなマイクロ命令が実行さ
れるとき、制御記憶装置62からメモリ制御バス
16を介してメモリ制御モジユール12に制御信
号が送られる。同時に、プログラム・カウンタ1
26のインクリメントされていない内容が、バス
102及びI/Oポート134を介してバス84
上に送り出され、そこからメモリ・データ・バス
18を介してメモリ制御モジユール12に送り出
される。プログラム・カウンタ126はそれか
ら、命令ストリーム・メモリ要求のマイクロ命令
が1バイト、1ワード又は1ロングワードを指定
するかどうかに従い、1,2又は4だけインクリ
メントされる。メモリ制御モジユール12(第2
図)上では、命令プリフエツチ・ユニツト56
が、マクロ命令ストリームのバイトで満たされた
プリフエツチ・バツフアを維持する。命令ストリ
ーム・メモリ要求はまず、プリフエツチ・バツフ
アをクリアし、翻訳バツフア/キヤツシユ40又
はメモリ・アレイ22から1バイト、1ワード又
は1ロングワードを読み、結果データをメモリ・
データ・バス18を介してデータ・パス・モジユ
ール14に送る。命令プリフエツチ・ユニツト5
6は、データ・パス・モジユール14に送られる
データに続くマクロ命令ストリーム中の次の及び
以降のバイトでプリフエツチ・バツフアを再充填
する。 レジスタ・セーブ・スタツク132は、指定レ
ジスタの内容を一時的に収容するために使われる
LIFOスタツクである。スタツク上の各エントリ
は、レジスタの内容と、そのレジスタのアドレス
(番号)とからなる。レジスタ・セーブ・スタツ
クの利用法の説明例としては、自動インクリメン
トのアドレツシング・モードを指定するオペラン
ドの解読がある。そのようなモードでは、指定レ
ジスタの内容はまず、オペランドにアクセスする
ためのアドレスとして利用され、そのレジスタ
は、それから自動的に1,2又は4だけインクリ
メントされる。オート・インクリメント・モード
のオペランド指定子が解読されるとき、レジスタ
のインクリメントされない内容は、自動的にレジ
スタ・セーブ・スタツク132にプツシユされ
る。もしも試みられたメモリ・アクセスがエラー
状態に終わると、そのレジスタは、スタツクをポ
ツプすることによつて先に存在した状態に戻され
る。プツシユ動作は現時マイクロ命令によつて制
御され、そのマイクロ命令は、プツシユを起こす
べきか否かを決定する1ビツトを含む。もしもプ
ツシユが生じるべきときには、マイクロ・オペラ
ンド指定子の1つは、レジスタのアドレスを含
む。 コンデイシヨン・コード論理ユニツト90は、
2セツトのコンデイシヨン・コード、即ち、マイ
クロプログラム・レベル(ALU)のコンデイシ
ヨン・コード及びマクロプログラム・レベル
(PSL)のコンデイシヨン・コードを収容及び制
御するために使われる。4個のコンデイシヨンが
各レベルで与えられる。 N……ネガテイブ Z……ゼロ V……オーバーフロー C……キヤリー ALUコンデイシヨン・コードは制御論理ユニ
ツト60によつて実行された最後のマイクロ命令
の結果を反映し、それは、ALUコンデイシヨ
ン・コードがロードされるべきコンデイシヨン・
コード/サイズ・フイールドで特定する。ALU
コンデイシヨン・コードは、JUMP MUX20
6(第3図)への4個の入力からなる。ALUコ
ンデイシヨン・コードはそれ故、表1に示したよ
うに、マイクロ命令によつてジヤンプ制御信号と
して利用され得る。PSLコンデイシヨン・コード
は、マクロプログラム・レベルに有効なコンデイ
シヨン・コードであり、マクロブランチを起こす
べきか否かを決定するためにマクロプログラムに
よつて利用される。 OPコードが解読ROM74によつて解読される
とき、2ビツトのコンデイシヨン・コード・クラ
ス信号が作り出され、コンデイシヨン・コード論
理ユニツト90中のコンデイシヨン・コード・ク
ラス・レジスタ(図示せず)に直接送り込まれ
る。コンデイシヨン・コード・クラス・レジスタ
の内容は、ALUコードが下記の如くPSLコード
にどのように転写されるかを決定する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a central processing unit for a digital computer. BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, virtual memory management systems, 32-bit data paths, data caches, the ability to use various data types and addressing modes, variable length instruction formats, and other advanced features have been introduced. Many digital computers have been developed. However, to date, the implementation of such features has resulted in computers with high cost and large physical size. For example, it is no exaggeration to say that the central processing unit of a computer with the attributes described above may occupy as much as 500 cubic inches of circuit board space. As a result, it is impossible or impractical to use such computers for many applications. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a central processing unit for a digital computer that is not only compact and economical, but also has a 32-bit data path, variable length instructions, various addressing modes, and other advantageous features. present. The central processing unit employs a pipelined and microprogram design and includes a number of hardware features that allow it to perform powerful functions with very compact microcode. In a preferred embodiment of the present invention, the central processing unit comprises a macroinstruction execution means and a memory access means, and the macroinstruction execution means receives a memory command, an operand stored in main memory, and one or more The virtual address of a variable-length macro instruction consisting of operand specifiers is issued, and the memory access means is a data cache and
microprogram control means for accessing data from the data cache or from main memory and for translating virtual memory addresses to provide the accessed data to macroinstruction execution means. Microprogram control of the memory access means operates asynchronously with the macroinstruction execution means. The macro instruction execution means is
microaddress of one microinstruction set,
means for decoding the opcode to issue a size code and a class code and decoding the operand specifier to issue either operand data or data addresses and an addressing mode specifier; , control storage means containing microinstructions consisting of a number of fields, and microinstruction logic control means for executing a set of said microinstructions. size·
The code represents the length of data on which the macro instruction is operated, in bytes, and the class code specifies the transcription of the condition code of the micro instruction into the macro instruction code. The microinstruction consists of a data path control field, a condition code/size field, and a next address control field, and the control storage means issues the memory control instruction and stores the microaddress, next address control field, and A microsubroutine or microinstruction is provided in response to the condition code. Microinstruction logic control means executes the set of microinstructions and the microsubroutine in response to a data path control field, a size code, and a condition code/size field, and executes the set of microinstructions and the microsubroutine, and controls the data in the main memory. The virtual memory address is issued to access the virtual memory address. These and other features of the invention will become apparent from the following description, which refers to the accompanying drawings. Embodiment FIG. 1 shows a computer system including a preferred embodiment of the central processing unit of the present invention. The computer system includes a central processing unit (CPU) 10, a system bus 20, a memory array 22, and a console terminal 24. The computer system also includes various peripheral devices (not shown) coupled to system bus 20, such as a disk controller and a network interface. Console terminal 24 may be removed if a suitable interface, such as an interface to a local area network, is provided on system bus 20. CPU1
0 consists of a memory control module 12 and a data path module 14. The actual execution of program instructions is controlled by the data path module 14, and the memory control module 12
Generally, it acts as an interface between data path module 14 and system bus 20. Memory control module 12 and data path module 14 are connected to memory control bus 1.
6 and a memory data bus 18. The memory control module 12 includes a data path
It is a microprogrammed device that operates asynchronously with respect to module 14. The memory control module 12 connects the CPU 10 and the system bus 2.
0 as well as address translation, instruction prefetch and data cache functions for the data path module 14. Address translation is
Refers to the translation or translation of a virtual address specified by data path module 14 into an actual physical address. The term data cache is
A storage device that has recently come to be used in high-speed memory arrays within CPUs. In FIG. 2, memory control module 12 includes transceiver 30, buses 32, 34, translation buffer/
cache 40, physical address register 42,
It includes a system bus interface 44, a merge/rotate unit 48, a microsequencer/control store 50, a bus controller 52, and an instruction prefetch unit 56. For memory control unit functionality, the data path specifies that data is to be read from a particular virtual address.
The sequence of operations that occur when module 14 makes a request will be explained by providing an overview. Data path module 14 places a virtual address on bus latch 64 from which point the virtual address is sent to memory control module 12 via memory data bus 18. The address passes through transceiver 30 to bus 32 . The virtual address on bus 32 appears in translation buffer/cache 40, and if the requested translation entry exists (eg, a cache hit), a corresponding physical address is created on bus 34. From bus 34, the physical address is loaded into physical address register 42 and from there onto bus 32. The physical address on bus 32 is then the translation buffer/cache 40 and system bus interface unit 4.
4 will be presented simultaneously. If the requested data is in the cache, the translation buffer/
Cache 40 places the requested data on bus 34 on the next machine cycle. If a cache miss occurs, to retrieve the requested data from memory array 22,
A system bus cycle is executed. When data is received from memory, it is placed on bus 34 from system bus interface 44. Once data is received on bus 34 from a cache or memory, the data is loaded onto bus 32 via merge/rotate unit 48. The requested data passes through transceiver 30 and memory data bus 18 to data path module 14, completing the virtual read cycle. The above sequence of memory control operations is
It is executed and controlled by control signals coming from the microsequencer/control memory 50. The particular microprogram to be executed by microsequencer/control storage 50 is selected by memory control commands 28 sent by data path module 14 to memory control module 12 via memory control bus 46. . This command 28 is issued at the same time that the virtual address is placed on the memory data bus 18. requires the use of system bus 20;
For the microprogram of the memory control module 12, the microprogram operates via the bus controller 52. Additional functions performed by memory control module 12 include data path module 14.
Prefetching instructions for execution by
Prefetched instructions are stored in instruction prefetch unit 56 and sent to data path module 14 via memory control bus 16 one byte at a time as needed. Memory control bus 16 therefore serves two different functions:
The transfer of instructions from the memory control module 12 to the data path module 14 and the transfer of instructions from the memory control module 12 to the data path module 14
Transfers memory control commands from the module 14 to the memory control module 12. Each macroinstruction executed by data path module 14 generally includes an opcode (OP
It consists of a code) and one or more operand specifiers that follow it. The operand specifier specifies the location of the data or data on which the macro instruction operates. In the former case, the data contained in the operand specifier is called a literal (IiteraI). In the latter case, the operand specifier indicates the addressing mode and the number (eg, address) of the register. Addressing
Examples of modes include direct mode, where the designated register contains the data, and indirect mode, where the designated register contains the address of the data. For example, in a macro instruction that adds the contents of register 3 and register 4, the OP code specifies the addition,
The two operand specifiers specify register 3 direct and register 4 direct, respectively. In the preferred embodiment described herein, each opcode and operand specifier includes one or more bytes, and the macroinstruction bytes are
It is received by module 14 and processed one byte at a time. Reference is made to second data path module 14. Execution of macro instructions is carried out by control logic unit 60.
performed by microinstructions executed by. Control logic unit 60 includes an ALU, a general purpose register, two pointer registers, a macroprogram counter, and other elements described below. For each macroinstruction, control logic unit 60 executes a series of macroinstructions contained in control storage 62. A sequence of macro instructions begins when a new macro instruction OP code is loaded into instruction register 70 from memory control bus 16 . The value of the OP code and portion of the current microinstruction are used to address a memory location in decryption ROM 74. Accordingly, the decoder ROM 74 generates a number of outputs, namely the next microaddress specifying the address in control storage 62 of the first microinstruction corresponding to the macroinstruction's OP code, and the data on which the macroinstruction operates. It outputs a SIZE signal indicating the byte length and a CC CLASS (condition code class) signal with the function described below. When instruction register 70 contains an operand specifier, decoding
ROM 74 additionally outputs a REGISTER signal indicating whether the addressing mode is direct or not. The next microaddress output by decoder ROM 74 passes through microsequencer 76 to control storage address register 78. The address contained in control store address register 78 specifies the microinstruction to be accessed in control store 62. The portion of the microinstruction that is accessed is routed to multiple designated devices. Some portions go to control logic unit 60 for execution.
The second portion goes to microsequencer 76 where it is utilized to determine the address of the next microinstruction. In some situations, control store 62 also provides memory control signals 28 and values to be loaded into size register 88 and CC logic unit 90. After the first microinstruction begins execution, microsequencer 76 sets the address of the next microinstruction to the control storage address.
register 78 and the sequence continues until all microinstructions corresponding to the macroinstruction have been executed. Microstack 80 is provided to enable the microprograms in control storage 62 to utilize microsubroutines and microtraps. The operation of microstack 80 will be described in detail below. Other elements included in data path module 14 include bus latch 64, buses 82, 8
4, latch 86, size register 88, CC (condition code) logic unit 90, index register 92, console interface 94, interrupt control logic unit 96, and instruction register buffer 98. Buses 82 and 84 are used to pass data between elements of data path module 14 in various contexts. Latch 86 provides isolation between bus 82 and bus 84. Size register 88 is
It is utilized to hold a code indicating the default data path width for control logic unit 60 (usually derived from the SIZE signal from decryption ROM 74 or control storage 62). Condition code logic unit 90 is utilized to control the setting of macro-level condition codes based on the output of control logic unit 60. Index register 92 is a 4-bit register that can be utilized by microsequencer 76 to determine the next microaddress. console interface 94
is a serial port used to interface between console terminal 24 (FIG. 1) and data path module 14. Interrupt control logic unit 96 uses system bus 2 to determine whether an interrupt should occur.
Compare any interrupt from 0 to the current state of the CPU. Instruction register buffer 98 provides a means for passing the contents of instruction register 70 to control logic unit 60 via bus 82. The function of microsequencer 76 is to determine the sequence in which microinstructions are executed by control logic unit 60. During execution of a given microinstruction, microsequencer 76 performs this by determining the address in control storage 62 of the next microinstruction and placing that address in control storage address register 78. achieve. Based on the information encoded in the current microinstruction and the signals on various status and control lines, the microsequencer 76
Determine the address of the next microinstruction. FIG. 3 shows microsequencer 76 in more detail. The next microaddress is determined by the output of MUX (multiplexer) 200.
Input to MUX 200 is page register 20
1. Microprogram counter 202 and
This is an OR gate 204. The selection between these inputs is determined by JUMPMUX 206 and other control signals discussed below. Page register 201
holds the high order bit(s) of the current microinstruction address. Microprogram counter 202 holds the low order bit(s) of the current microinstruction address plus one. Page register 201 and microprogram counter 202 therefore together point to the next consecutive microinstruction address. MUX2
Selection of these inputs by the computer
This represents a simple case where the system executes a series of microinstructions. OR gate 204 performs a logical OR operation between the output of OR MUX 208 and the address on bus 210. Bus 210 may be used to decode ROM 74, jump register 212 or microstack 80.
Contains the address determined by either. If the microinstruction's OP code or 1-byte operand specifier is decoded,
The address on bus 210 is derived from ROM 74. In this case, decoder ROM 74 provides either all or a portion of the address of the first macroinstruction needed to perform the function specified by this macroinstruction byte. Jump register 212 is generally the source of the address on bus 210 when a non-sequential jump or branch occurs in a sequence of microinstructions. The address to branch to is derived from the contents of the current microinstruction in control store 62 and placed in jump register 212. Finally, when a return from a microsubroutine or microtrap occurs, microstack 80 is the source of the address on bus 210. The return address is placed in microstack 80 when the original subroutine call or trap occurs. The return address is set in page register 20 for subroutine calls.
1 contents and microprogram counter 20
2 or for a trap, the contents of page register 201 and the contents of microprogram counter 202 minus one (i.e.
(current microaddress). In the latter case, conditional decrementor 2
14 is used to subtract one from the contents of microprogram counter 202. Each microinstruction contained in control store 62 has three fields: a data path control field, a condition code/size field, and a next address control field.
The data path control field is used to control the execution of microinstructions by control logic unit 60 (FIG. 2). The condition code/size field will be explained later. The next address control field is used by the microsequencer 76 to determine the address of the next microinstruction.
used by The next address control field can conceptually be divided into four subfields as follows. Namely: Type Jump Condition or Jump Address The subfield "Type" specifies one of the branch types listed in Table 1 and described in detail below. The subfield "Jump Condition" specifies the condition to be tested to determine whether a non-sequential branch occurs in a sequence of microinstructions. Referring to FIG. 3, the subfield "Jump Condition" determines, in part, which of the inputs to JUMP MUX 206 is selected for control of MUX 200. A typical jump condition that may be selected is the ALU condition.
whether a code, interrupt, or console halt was received; whether the output of OR MUX 208 was zero; and whether the signal IR INVALID was issued. The IR INVALLID signal is the instruction register 7
A zero is output from instruction prefetch unit 56 whenever it does not contain valid information.
Generally, if the selected condition is true, MUX 200 selects the address provided by OR gate 204 and a branch occurs.
If the condition is false, MUX200
selects the next consecutive address provided by page register 201 and microprogram counter 202. The OR operation performed by OR gate 204 operates on the low order bits of the address on bus 210. In the preferred embodiment of this computer system, the output of OR MUX 208 is four bits wide, and for some microinstruction branch types, these four bits are the lower four bits on bus 210.
It is logically ORed with bit. OR MUX 208 is thus capable of performing multiple specification branches (ie, casing). The output of OR MUX 208 is controlled by the subfield "OR" of the current microinstruction. Table 2 shows a preferred embodiment of the invention in which the subfield "OR" is expanded to three bits wide, allowing selection from up to eight sets of four-bit inputs. For each selection corresponding to the value 0 to 7 of the subfield "OR", Table 2
has listed the values for each of the output bits ORMUX3 to ORMUX0 of the OR MUX 208. For a subfield value of zero, OR MUX208
All output bits of are zero. With value 1, if
ORMUX0 if IR INVALID signal is output
is set to 1. A value of 2 sets ORMUX1 to 1. This value is useful for providing multiple returns from microsubroutines. For value 3, OR MUX208
The output of is determined by the signals on the four memory control status lines shown in the table. MEM
ERR refers to miscellaneous error signals from memory control module 12. PAGE CROSSING is 5
Indicates an attempt to access data that crosses a 12-byte page boundary. TB MISS indicates that no translation entry was found in translation buffer/cache 40 for the requested virtual address. MODIFY REFUSE indicates that the memory write operation is
Indicates that the modification was not performed because the modification bit was not set in the corresponding translation buffer entry. OR for code value 4
The output of MUX208 is the IR INVALID signal and
Determined by the BR FALSE signal. BR
The FALSE signal indicates whether a macro-level branch will occur. For code value 5, OR
The output of MUX 208 is determined by the listed status signals. OVERFLOW refers to the PSL V code explained below. INTERRUPT
and CONSOLE HALT refer to signals from interrupt control logic unit 96 and console interface 94, respectively. For code value 6,
The output of OR MUX 208 is equal to the contents of index register 92 (FIG. 2). code value 7
The output of OR MUX 208 is then determined by the contents of size register 88. Table 1 summarizes how microsequencer 76 selects the next microaddress. The subfield "type" of the current microinstruction specifies one of the branch types listed in the first column of Table 1. These types of operations are explained in the following paragraphs. In Table 1, the symbol μPC is
Represents microprogram counter 202. When the branch type is a jump or subroutine jump, the subfield "jump address" of the current microinstruction is loaded into the jump register 213. This address is placed on bus 210 and from this point it is used unchanged by OR gate 204 and
Passes through MUX200. The next microaddress is therefore determined entirely by the subfield "jump address" of the current microinstruction.
The jump and subroutine jump branch types are used to cause unconditional branches in the flow of microinstructions. When a subroutine jump is executed, the contents of the page register 201 and microprogram counter 202 are
Pushed to micro stack 80. The branch type branch is used to conditionally jump to a microaddress within the current page. As shown in Table 1, the upper five bits of the next microaddress are determined by the page register and the lower eight bits are determined based on the jump condition. If the jump condition is true, the lower bits are the lower bits of the current microinstruction's subfield ``jump address'' from jump register 2.
12. If the jump condition is false, no jump occurs and the lower bits are derived from microprogram counter 202. The jump condition is equal to the signal selected by the JUMP MUX 206 based on the subfield "Jump Condition" of the current microinstruction. The case branch type is a branch type except that if the jump condition is true, the lower bits of the next microaddress are determined by the jump register 212 in combination with the output of the OR MUX 208. is similar to In particular, the four outputs of OR MUX 208 (Table 2) are ORed with the lower four bits of jump register 212 by OR gate 204. The branch type for subroutine branches and traps is that the high bit of the next microaddress is forced to zero if the jump condition is true, and the next consecutive microaddress (for subroutine branches) or the current microaddress Similar to the case except that either (in the case of a trap) is pushed to the microstack 80. The return branch type is used to return to any microaddress pushed onto microstack 80. The return branch type is conditional and only returns if the jump condition is true.
A false jump condition causes the next consecutive microaddress to be selected by microsequencer 76. Table 1 also shows how the next microaddress is determined when control logic unit 60 executes a microinstruction that commands the decoding of an OP code or operand specifier in instruction register 70. OP
For code decoding, if the specified jump condition is false, the next microaddress is determined by the address provided by decryption ROM 74. In this case, the high bit of the next microaddress is set to zero. However, if the specified jump condition is true, the next microaddress is determined entirely by the 4-bit output of OR MUX 208 and the current microaddress is pushed onto microstack 80. Generally, the jump condition noted in the OP code decoding microinstruction is the IR INVALID signal. As a result, if data path module 14 attempts to decode or decode an OP code that is not yet valid in instruction register 70, a trap will be placed at the lower microaddress where the subroutine resides waiting for instruction prefetch unit 56 to catch up. . When the operand specifier decoding microinstruction is executed, the next microaddress is IR INVALID.
The REGISTER signal is determined by two signals: the REGISTER signal and the REGISTER signal from the decode ROM 74;
The signal indicates whether the addressing mode of the operand specifier is direct. If the instruction register (IR) is valid and the mode is direct, the next consecutive microaddress is selected. If the instruction register (IR) is enabled and the mode is indirect, the microprogram will have a high part determined by the high bits of jump register 212 and a low part determined by the microaddress from decryption ROM 74. Jump to the subroutine at the same address. The address of jump register 212 is derived from the subfield "jump address" of the current microinstruction. After all, if the IR INVALD signal is issued, the microprogram will
Traps to the subroutine at the address specified by the output of OR MUX 208 (in this case set to a value equal to 1). The final situation shown in Table 1 is a power up or parity error. In this case, data path module 14 begins executing the zero address microinstruction. FIG. 4 shows control logic unit 60 in more detail. Control logic unit 60 connects buses 100, 10
2, ALU104, result registers 106, 107,
barrel shifter 108 and associated shift count register 110 and result register 112;
Pointer registers 120, 122, registers
file 124, program counter 126,
Includes constant ROM 130, register save stack 132, I/O ports 134 and control storage registers 140. Execution of a microinstruction by control logic unit 60 involves transferring the microinstruction's data path control field from control storage 62 to control storage register 14.
Starts when loaded to 0. In general, data
The path control field contains one micro OP code and two micro operand specifiers. If the micro OP code specifies an algebraic or logical operation (eg, addition, conjunction, mask, comparison), that operation is performed by ALU 104. The two required operands are bus 100
and the same 102, and the result of the operation is
It is placed in result register 106 or 107 depending on the bits contained in the current microinstruction. Barrel shifter 108 is used for shift operations. The shift count may be stored in shift count register 110 or provided as a literal in a microinstruction. The result of the shift operation is stored in result register 112. Register file 124 has a large number of general-purpose registers that are accessible to macro-level programs and micro-level registers that are both general and special purpose. The term general purpose registers hereinafter refers to both macro-level general-purpose registers and micro-level general-purpose registers in register file 124. Each register is connected to bus 100
Alternatively, it can be read from either bus 102, but it can be written only from bus 102.
Each register in register file 124 has an associated unique register address that is used to specify the register during execution of a microinstruction, as described below. Size register 88 is connected to control logic unit 6.
It is used to control the width of the data path used by 0 and to control branching of the microprograms shown in Table 2. In the preferred embodiment of this computer system, the data path can be widened to 32 bits, but certain macroinstructions can handle narrower data paths such as bytes (8 bits) and words (16 bits).
You can specify the path. For example, a macro instruction may cause a byte to be fetched from a particular virtual memory address and loaded into general purpose register 3 (i.e., this general purpose register in register file 124 has register address 3). can be specified. This macro instruction only affects the lower 8 bits of general register 3, leaving the higher 24 bits alone. A full 32-bit data block is called a longword. The size register 88 contains the macro instruction OP.
The 2-bit code is loaded directly from the decryption ROM 74 when the code is decrypted. In the preferred embodiment, the coding scheme is: 0...byte 1...word 2...unused 3...longword. That is, the data path width specified by the OP code can be adjusted without the use of ALU operations for masking and without any moves, rotations, or refreshes of registers.
It can be made available to the control logic unit (as signals SIZE0 and SIZE1) during the entire execution sequence for the code. The contents of size register 88 may be modified upon execution of the microinstruction that decodes the operand specifier. When such a microinstruction is executed, the microinstruction condition
The code/size field is loaded from control store 62 into size register 88 if the value of the field is zero (byte), one (word), or three (longword). If the value is 2
If so, size register 88 is unaffected;
Leave the size specified by the preceding OP code unchanged. In addition to the decode microinstruction, size register 88 can only be modified by a move microinstruction that explicitly specifies the size register as the destination operand. Microinstructions other than decoding, however,
Their condition code/size fields control data path width during execution. Condition code/size coding will be explained later for ALU and shift microinstructions. Other microinstructions (i.e.
For transfers, memory requests), the coding of the condition code/size field is: 0...byte 1...word 2...use size register 3...longword. That is, a given microinstruction can specify its own data path width or
You can either specify a register and therefore use the width specified by the preceding OP code or operand specifier. As a result, the efficiencies gained through the use of size register 88 do not result in any corresponding loss in microprogramming flexibility of current computer systems. Pointer registers 120 and 122 are
They are 6-bit registers each capable of performing two functions. That is, pointer registers 120, 122
can contain the address of a particular general-purpose register (ie, a point to that register) in register file 124, or can contain a literal value derived from an operand specifier. Pointer registers 120, 122 can be read from buses 100, 112 and written to from bus 102. 2 pointer registers 10
The use of 0,102 provides significant benefits in the speed of execution of many macroinstructions. For example, a macro instruction that adds the contents of general-purpose registers R1 and R2 can be coded as follows, with the result placed in general-purpose register R2. That is, OP code - Add Operand specifier 1 - R1, Direct mode Operand specifier 2 - R2, Direct mode However, each operand specifier has a mode field that specifies the addressing mode, and a mode field (as described above). ) containing either a register field or a literal containing the address of a register.
Without using the pointer register of the present invention,
The microinstruction sequence for this macroinstruction requires seven steps as follows. That is, 1 Decipher OP code 2 Decipher operand specifier 1 3 Move R1 to TEMP1 4 Decipher operand specifier 2 5 Move R2 to TEMP2 6 Addition TEMP3 = TEMP1 + TEMP2 7 Move TEMP3 to R2 Here, TEMP1, TEMP2 and TEMP3
means a micro-level general-purpose register.
The use of two pointer registers reduces the number of steps required to five. That is, 1 Decipher the OP code 2 Decipher operand specifier 1 and place the address of R1 in PTR1 3 Decipher operand specifier 2 and place the address of R2 in PTR2 4 Addition TEMP1 = PTR1 + PTR2 5 Move TEMP1 to PTR2 where the symbol X indicates a memory location (i.e., a register) whose address is in register X;
PTR1 and PTR2 are pointer registers 12
0 and 122 are shown. As shown in steps 2 and 3 above, decoding the operand specifier causes one of pointer registers 120 or 122 to be loaded with the number of the register specified by the operand specifier. This loading of the pointer register occurs regardless of the addressing mode specified by the operand specifier. If the operand specifier contains a literal, that literal is similarly loaded into the pointer register.
In all cases, the single bit of the microinstruction that performs the decoding of the operand specifier determines which pointer register 120 or 122 is loaded. As shown in FIG. 2, the pointer registers range from instruction register 70 to instruction register buffer 98, bus 82, latch 86,
34 and bus 102. The add and move microinstructions in steps 4 and 5 of the second example above use pointer registers to access registers R1 and R1.
2 indirectly. To implement such an addressing method, two register addresses are assigned to each pointer register: a direct address and an indirect address. The direct address of a pointer register is exactly analogous to the address of a register in register file 124 and is used to identify the contents of the register. For example, a Move whose first and second micro-operand specifiers specify registers at addresses 3 and 4 in register file 124
For microinstructions such as 3, 4, the result is that the contents of register 3 are moved to register 4. Pointer registers 120 and 122 are
Provides different and generally more efficient ways of achieving the same result. Each pointer register is assigned a unique indirect address that is different from the direct address of any register. When an indirect address is specified by a micro-overand specifier,
The register actually accessed is determined by the contents of the indirectly addressed pointer register. For example, if pointer register 1
If 20 and 122 are assigned the indirect addresses 54 and 55 and contain the numbers 3 and 4, then the microinstructions Move 54, 55
is equivalent to Move3 and Move4. Program counter 126 is a register that contains the address of the next macroinstruction to be executed. Like pointer registers 120, 122 and the registers in register file 124, program counter 126 can be read from either bus 100 or bus 102, and
You can write from 2. Program counter 1
26 automatically when any of the following occurs:
Incremented by 1, 2 or 4. (1) When one OP code decoding microinstruction is executed; (2) When an operand specifier decoding microinstruction is executed; (3) When the current microinstruction is used as a storage location for one microinstruction operand. (4) When a microinstruction is executed that supports the reproduction of data from the macroinstruction's instruction stream. Cases (1) and (2) have already been described. Program counter 126 is incremented by one whenever a new macro instruction byte is counted from instruction register 70 so that the address in program counter 126 corresponds to the virtual address of the new macro instruction byte. An example of case (3) is when one byte in the macro instruction stream contains literal data. For example, one type of operand specifier specifies the address of an operand by specifying the register that contains the base address and a fixed offset that is to be added to the base address found in that register. do. In this situation, the operand specifier consists of two bytes, the first byte specifying the register address (e.g., register 2) and the addressing mode;
The second byte contains a fixed offset (ie, literal). A microinstruction that accesses such an operand must
It begins by decoding a byte and placing the value 2 (register address) into pointer register 120. The next microinstruction writes the literal stored in the instruction register 70 to the pointer register 12.
Adds the value specified by 0. This microinstruction references instruction register 70 by specifying a unique register address assigned to instruction register 70. The literals are from instruction register 70 to instruction register buffer 98 to bus 82 to latch 86 to bus 84 to I/O port 1.
34 and bus 102 to reach ALU 104 . Execution of an add microinstruction that specifies the address of instruction register 70 as an operand causes program counter 126 to increment by one. Case (4) above is called an instruction stream memory request. When such microinstructions are executed, control signals are sent from control store 62 to memory control module 12 via memory control bus 16. At the same time, program counter 1
The unincremented contents of 26 are transferred to bus 84 via bus 102 and I/O port 134.
and thence via memory data bus 18 to memory control module 12. Program counter 126 is then incremented by 1, 2, or 4 depending on whether the instruction stream memory request's microinstruction specifies one byte, one word, or one longword. Memory control module 12 (second
In the above figure, the instruction prefetch unit 56
maintains a prefetch buffer filled with bytes of the macro instruction stream. An instruction stream memory request first clears the prefetch buffer, reads one byte, one word, or one longword from translation buffer/cache 40 or memory array 22, and stores the resulting data in memory.
Data path module 14 via data bus 18. Instruction prefetch unit 5
6 refills the prefetch buffer with the next and subsequent bytes in the macroinstruction stream following the data sent to data path module 14. Register save stack 132 is used to temporarily store the contents of designated registers.
It is a LIFO stack. Each entry on the stack consists of the contents of a register and the address (number) of that register. An illustrative example of the use of the register save stack is decoding an operand that specifies an autoincrement addressing mode. In such a mode, the contents of the designated register are first used as an address to access the operand, and the register is then automatically incremented by 1, 2, or 4. When an auto-increment mode operand specifier is decoded, the unincremented contents of the register are automatically pushed onto register save stack 132. If an attempted memory access results in an error condition, the register is returned to its previously existing state by popping the stack. The push operation is controlled by a current microinstruction, which contains one bit that determines whether a push should occur. If a push is to occur, one of the micro-operand specifiers contains the address of the register. The condition code logic unit 90 is
It is used to house and control two sets of condition codes: microprogram level (ALU) condition code and macroprogram level (PSL) condition code. Four conditions are given at each level. N...Negative Z...Zero V...Overflow C...Carry The ALU condition code reflects the result of the last microinstruction executed by control logic unit 60, which is the first time the ALU condition code is loaded. Should condition/
Specify by code/size field. ALU
Condition code is JUMP MUX20
6 (Figure 3). The ALU condition code can therefore be utilized by the microinstruction as a jump control signal, as shown in Table 1. The PSL condition code is a condition code that is valid at the macro program level and is used by the macro program to determine whether a macro branch should occur. When the OP code is decoded by decryption ROM 74, a 2-bit condition code class signal is created and fed directly into a condition code class register (not shown) in condition code logic unit 90. . The contents of the Condition Code Class register determine how the ALU code is transferred to the PSL code as described below.

【表】【table】

【表】 与えられたマイクロ命令によるコンデイシヨ
ン・コードの実際のセツテイングは、そのマイク
ロ命令のコンデイシヨン・コード/サイズ・フイ
ールドによつて決定される。先に説明したよう
に、或るタイプのマイクロ命令(例えば、移動、
メモリ要求、解読)は、データ・パス幅を指定す
るためにコンデイシヨン・コード/サイズ・フイ
ールドを利用し、これらのマイクロ命令では、コ
ンデイシヨン・コードは決してセツトされない。
他のマイクロ命令(例えば、加算、論理積、シフ
ト)では、コンデイシヨン・コード/サイズ・フ
イールドは、データ・パス幅及びコンデイシヨ
ン・コードのセツテイングを次のように制御す
る。即ち、
Table The actual setting of the condition code for a given microinstruction is determined by the condition code/size field of that microinstruction. As explained earlier, certain types of microinstructions (e.g., move,
Memory requests, decodes) utilize the condition code/size field to specify data path width, and the condition code is never set in these microinstructions.
For other microinstructions (eg, add, AND, shift), the condition code/size field controls the data path width and the setting of the condition code as follows. That is,

【表】 タ毎 ン〓コードをセツト
このようなマイクロ命令では、コンデイシヨ
ン・コード/サイズ・フイールドの内容は、制御
記憶装置62からCC論理ユニツト90に直接送
られる。
[Table] Set the code
For such microinstructions, the contents of the condition code/size field are sent directly from control store 62 to CC logic unit 90.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の中央処理装置を組み込んだ
コンピユータ・システムのブロツク・ダイアグラ
ムである。第2図は、本発明の中央処理装置の一
実施例のブロツク・ダイアグラムである。第3図
は、本発明の中央処理装置と共に使用するマイク
ロシーケンサのブロツク・ダイアグラムである。
第4図は、本発明の中央処理装置の制御論理ユニ
ツトを詳細に示すブロツク・ダイアグラムであ
る。 10…CPU、12…メモリ制御モジユール、
14…データ・パス・モジユール、16…メモリ
制御バス、18…メモリ・データ・バス、20…
システム・バス、22…メモリ・アレイ、24…
コンソール・ターミナル、28…メモリ制御コマ
ンド、30…送受信器、32…バス、34…バ
ス、40…翻訳バツフア/キヤツシユ、42…物
理アドレス・レジスタ、44…システム・バス・
インターフエース、48…マージ/回転ユニツ
ト、50…マイクロシーケンサ/制御記憶装置、
52…バス制御装置、56…命令プリフエツチ・
ユニツト、60…制御論理ユニツト、62…制御
記憶装置、64…バス・ラツチ、70…命令レジ
スタ、74…解読ROM、76…マイクロシーケ
ンサ、78…制御記憶アドレス・レジスタ、80
…マイクロスタツク、82…バス、84…バス、
86…ラツチ、88…サイズ・レジスタ、90…
CC論理ユニツト、92…インデツクス・レジス
タ、94…コンソール・インターフエース、96
…割込制御論理ユニツト、98…命令レジスタ・
バツフア、100…バス、102…バス、104
…ALU、106…結果レジスタ、107…結果
レジスタ、108…バレル・シフタ、110…シ
フト・カウント・レジスタ、112…結果レジス
タ、120…ポインタ・レジスタ、122…ポイ
ンタ・レジスタ、124…レジスタ・フアイル、
126…プログラム・カウンタ、130…定数
ROM、132…レジスタ・セーブ・スタツク、
134…I/Oポート、140…制御記憶レジス
タ、200…マルチプレクサ(MUX)、201
…ページ・レジスタ、202…マイクロプログラ
ム・カウンタ、204…ORゲート、206…
JUMP MUX、208…OR MUX、210…バ
ス、212…ジヤンプ・レジスタ、214…条件
付デクレメンタ。
FIG. 1 is a block diagram of a computer system incorporating the central processing unit of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of one embodiment of the central processing unit of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of a microsequencer for use with the central processing unit of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram detailing the control logic unit of the central processing unit of the present invention. 10...CPU, 12...Memory control module,
14...Data path module, 16...Memory control bus, 18...Memory data bus, 20...
System bus, 22...Memory array, 24...
Console terminal, 28... Memory control command, 30... Transmitter/receiver, 32... Bus, 34... Bus, 40... Translation buffer/cache, 42... Physical address register, 44... System bus.
Interface, 48... Merge/rotation unit, 50... Micro sequencer/control storage device,
52...Bus control device, 56...Instruction prefetch/
Unit, 60... Control logic unit, 62... Control storage, 64... Bus latch, 70... Instruction register, 74... Decoding ROM, 76... Microsequencer, 78... Control storage address register, 80
...micro stack, 82...bus, 84...bus,
86...Latch, 88...Size register, 90...
CC logic unit, 92... Index register, 94... Console interface, 96
...Interrupt control logic unit, 98...Instruction register
Batsuhua, 100...bus, 102...bus, 104
...ALU, 106...Result register, 107...Result register, 108...Barrel shifter, 110...Shift count register, 112...Result register, 120...Pointer register, 122...Pointer register, 124...Register file,
126...Program counter, 130...Constant
ROM, 132...Register save stack,
134... I/O port, 140... Control storage register, 200... Multiplexer (MUX), 201
...Page register, 202...Microprogram counter, 204...OR gate, 206...
JUMP MUX, 208...OR MUX, 210...bus, 212...jump register, 214...conditional decrementer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 システム・バス及び中央メモリ・ユニツトを
具備するデータ・プロセス・システムにおけるデ
イジタルコンピユータ用中央処理装置であつて、 (a) 当該中央メモリ・ユニツトに収容された演算
コード及び1又は2以上のオペランド指定子か
らなる可変長のマクロ命令にアクセスするた
め、メモリ制御コマンド及び仮想メモリ・アド
レスを発行するマクロ命令実行手段であつて、
そのアクセスは当該メモリ制御コマンドに応答
して選択されたマイクロプログラムに従つて生
じ、 (i) 1セツトのマイクロ命令の1つのマイク
ロ・アドレス、当該マクロ命令が作用すべき
データのバイト長を示すサイズ・コード及び
マイクロ命令のコンデイシヨン・コードのマ
クロ命令のコンデイシヨン・コードへの転写
を指定するコンデイシヨン・コード・クラ
ス・コードを発生すべく、当該マクロ命令の
演算コードを解読すると共に、当該マクロ命
令が使用すべきデータ又はデータ・アドレス
の何れか、及び多数のアドレツシング・モー
ドの任意の1つを示すアドレツシング・モー
ド指定子を発行すべく、当該オペランド指定
子を解読する解読手段、 (ii) データ・パス制御フイールド、コンデイシ
ヨン・コード/サイズ・フイールド及び次ア
ドレス制御フイールドを有するマイクロ命令
を収容し、前記メモリ制御コマンドを発行す
ると共に、当該マイクロ・アドレス、当該次
アドレス制御フイールド及び当該コンデイシ
ヨン・コードに応答してマイクロサブルーチ
ン又はマイクロ命令を供給する制御記憶手
段、及び (iii) 当該データ・パス制御フイールド、当該サ
イズ・コード及び当該コンデイシヨン・コー
ド/サイズ・フイールドに応答し、当該中央
メモリ・ユニツトから間接的に及び当該解読
手段からデータを受信する手段であつて、当
該マイクロ命令セツト及び当該マイクロサブ
ルーチンを実行すると共に、当該中央メモ
リ・ユニツトからデータをアクセスすべく当
該仮想メモリ・アドレスを発行するマイクロ
命令論理制御手段 からなるマクロ命令実行手段と、 (b) 当該メモリ制御コマンド及び当該仮想メモ
リ・アドレスに応答し、データ・キヤツシユ・
メモリ・アレイ及びマイクロプログラム制御手
段を含み、当該マイクロプログラムの制御下に
当該マクロ命令実行手段と非同期的に作動する
手段であつて、当該データ・キヤツシユ・メモ
リ・アレイから又は当該システム・バスを介し
て当該中央メモリ・ユニツトからデータをアク
セスすべく当該仮想メモリ・アドレスを翻訳す
ると共に、そのようにアクセスしたデータを当
該マクロ命令実行手段に供給するメモリ・アク
セス手段 とからなることを特徴とするデイジタルコンピユ
ータ用中央処理装置。 2 前記解読手段がマイクロシーケンサ手段を含
み、当該マイクロシーケンサ手段が、 (a) 当該解読手段から前記マイクロアドレスを受
信するページ・レジスタ手段と、 (b) 当該マイクロアドレスに応答し、当該ページ
内の1ワードのアドレスを供給するマイクロプ
ログラム・カウンタ手段と、 (c) 当該ページ・レジスタ手段、当該マイクロプ
ログラム・カウンタ手段及び前記次アドレス制
御フイールドに応答し、当該マイクロアドレス
を発行するジヤンプ制御論理手段 とからなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載のデイジタルコンピユータ用中央処理装
置。 3 前記マイクロ命令論理制御手段がレジスタ・
セーブ手段を含み、当該レジスタ・セーブ手段
が、 (a) 前記メモリ・アクセス手段から受信したデー
タ及び前記マクロ命令を収容すると共に、前記
解読手段から受信したデータを収容する複数の
レジスタと、 (b) 前記マイクロ命令に応答し、当該複数のレジ
スタから受信した当該マクロ命令及びデータに
作用するプログラム制御手段と、 (c) 当該プログラム制御手段に応答し、マクロ命
令演算及び当該マイクロサブルーチンの実行の
間当該複数のレジスタの各々の内容及びアドレ
スを一時的にセーブするラスト・イン・フアー
スト・アウト(LIFO)論理手段 とからなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載のデイジタルコンピユータ用中央処理装
置。 4 前記マクロ命令実行手段が、論理制御手段に
よつて実行されるべき次のマイクロ命令のマイク
ロアドレスを決定するマイクロシーケンサ手段を
具備し、当該マイクロシーケンサ手段は、 (a) 制御論理手段によつて現在実行されるマイク
ロ命令のマイクロアドレスの高位部分を収容す
るページ・レジスタ手段と、 (b) 制御論理手段によつて現在実行されるマイク
ロ命令のマイクロアドレスの低位部分を収容す
るマイクロプログラム・カウンタ手段と、 (c) 当該ページ・レジスタ手段、当該マイクロプ
ログラム・カウンタ手段及び前記アドレス制御
フイールドに応答し、制御論理手段によつて実
行されるべき次のマイクロ命令のマイクロアド
レスを発行するジヤンプ制御論理手段 とからなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載のデイジタルコンピユータ用中央処理装
置。
[Scope of Claims] 1. A central processing unit for a digital computer in a data processing system having a system bus and a central memory unit, comprising: (a) an operational code stored in the central memory unit; or a macro instruction execution means that issues a memory control command and a virtual memory address in order to access a variable length macro instruction consisting of two or more operand specifiers,
The access occurs in accordance with the microprogram selected in response to the memory control command, and includes: (i) one microaddress of a set of microinstructions, a size indicating the length in bytes of the data on which the macroinstruction operates;・Deciphers the operation code of the macroinstruction in order to generate a condition code class code that specifies the transcription of the code and condition code of the microinstruction into the condition code of the macroinstruction, and the code used by the macroinstruction. (ii) a data path; (ii) a data path; contains a microinstruction having a control field, a condition code/size field, and a next address control field for issuing the memory control command and responding to the microaddress, the next address control field, and the condition code; (iii) control storage means responsive to said data path control field, said size code and said condition code/size field for providing microsubroutines or microinstructions indirectly from said central memory unit; and means for receiving data from said decoding means for executing said microinstruction set and said microsubroutine and for issuing said virtual memory addresses to access data from said central memory unit. (b) in response to the memory control command and the virtual memory address,
means comprising a memory array and a microprogram control means and operating asynchronously with the macroinstruction execution means under the control of the microprogram, the means operating asynchronously with the macroinstruction execution means from the data cache memory array or via the system bus; a memory access means for translating said virtual memory address in order to access data from said central memory unit and supplying said data so accessed to said macroinstruction execution means. Central processing unit for computers. 2. The decoding means comprises microsequencer means, the microsequencer means comprising: (a) page register means for receiving the microaddress from the decoding means; (c) jump control logic means responsive to said page register means, said microprogram counter means and said next address control field to issue said microaddress; Claim 1 consisting of
A central processing unit for a digital computer as described in . 3. The microinstruction logic control means is a register/
saving means, the register saving means comprising: (a) a plurality of registers for accommodating the data received from the memory accessing means and the macroinstruction, and for accommodating the data received from the decoding means; and (b) ) program control means responsive to said microinstruction and acting on said macroinstruction and data received from said plurality of registers; and (c) responsive to said program control means, during execution of said macroinstruction operation and said microsubroutine. and last in first out (LIFO) logic means for temporarily saving the contents and addresses of each of the plurality of registers.
A central processing unit for a digital computer as described in . 4. said macroinstruction execution means comprises microsequencer means for determining the microaddress of the next microinstruction to be executed by the logic control means, said microsequencer means: (a) by the control logic means; (b) page register means for containing a high part of the microaddress of a currently executed microinstruction; and (b) microprogram counter means for containing a low part of a microaddress of a currently executed microinstruction by the control logic means. and (c) jump control logic means responsive to said page register means, said microprogram counter means and said address control field to issue a microaddress of a next microinstruction to be executed by said control logic means. Claim 1 consisting of
A central processing unit for a digital computer as described in .
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